CN1463164A - 移动通信***中保证服务质量的呼叫接入设备和方法 - Google Patents

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CN1463164A CN03137835A CN03137835A CN1463164A CN 1463164 A CN1463164 A CN 1463164A CN 03137835 A CN03137835 A CN 03137835A CN 03137835 A CN03137835 A CN 03137835A CN 1463164 A CN1463164 A CN 1463164A
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Abstract

本发明公开了在移动通信***中保证QoS的呼叫接入设备和方法。一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就检测保持处于服务之中的每个呼叫的QoS所需的最小发送功率。只有当处于服务之中的呼叫的该最小发送功率之和小于最佳发送功率时,才接入新呼叫。因此,提高了发送功率资源的利用率。

Description

移动通信***中保证服务质量的呼叫接入设备和方法
技术领域
本发明一般涉及移动通信***,尤其涉及保证QoS(服务质量)的呼叫接入设备和方法。
背景技术
移动通信技术已经发展到能提供包括分组数据服务以及语音服务在内的各种各样的服务。图1是显示典型移动通信***的示意图。
参照图1,移动通信***包括移动交换中心(MSC)130、标识位置寄存器(HLR)140、基站控制器(BSC)120和基本收发器子***(BTS)110。移动台(MS)100可以通过与BTS 110的无线连接,与公共交换电信网(PSTN)160和公共地面移动网(PLMN)150相连接。BSC 120负责有线和无线链接和移交的控制。BTS 110建立与MS 100的通信路径和管理无线电资源。HLR 140寄存客户位置。访问者位置寄存器(VLR:未示出)也寄存移动客户的位置。
移动通信***,尤其是像IMT(国际移动电信)-2000那样的下一代移动通信***,提供包括语音服务在内的各种各样的服务。各种各样的服务需要不同的QoS水平和具有基于QoS水平的优先级。
无线电资源的有效管理直接影响移动通信***的整个服务质量。因此,每种服务具有相应的QoS和被赋予基于QoS水平的优先级。
在IMT-2000通信***中定义了四种QoS类别:会话类、流式类、交互类和背景类。会话类准许诸如语音电话之类,以低速率、容错和对延迟敏感提供的实时业务服务。流式类的目的是传输像TV广播那样的单向广播业务流。它侧重于对错误敏感和要求高速率(<128Kbps)的实时服务。交互类主要指的是用于像WWW那样的传统因特网应用。交互业务的特征在于非常高的速率(>2Mbps)、较好的差错率和短的RTT(往返时间)。最后,背景类指的是诸如FTP(文件传输协议)之类,大量传送的和对错误敏感的业务。在这种移动通信***中,必须把资源分配和业务控制算法配置成根据它的QoS,把资源分配给每个呼叫,和通过业务控制,保证QoS。无线电资源的有效分配使移动通信***的总吞吐量达到最大。
于是,根据正在使用之前的总无线电资源量,接入新的呼叫或移交呼叫,从而防止加在整个***上的负载。
图2是显示典型移动通信***中呼叫接入方法的流程图。一旦生成新的呼叫或移交呼叫,只要服务中呼叫的QoS可以得到保证,BTS就接入呼叫。决定前向链路上的服务容量的主要因素是发送功率。因此,BTS首先确定发送功率是否适合于呼叫。如果发送功率适合,那么,BTS就确定其中资源是否适合于呼叫。前向链路上同信道干扰影响发送功率,但是,由于把OVSF(正交可变扩展因子)码用作信道化代码保持了信道之间的正交性,因此,在IMT-2000***中它小得可以忽略不计。
参照图2,一旦在步骤S211中接收到呼叫请求,BTS就转到步骤213。当生成新的呼叫、移交呼叫或数据速率调整的呼叫时,发出呼叫请求。呼叫请求采取RAB(无线电访问载体)指定请求消息的形式,将RAB指定请求消息从BSC发送到BTD,以便设置RAB。在步骤213中,BTS检测RAB指定请求消息中的业务参数。业务参数包括服务类别(即,QoS类别)、最小比率、保证比率、BER(位差错率)和初始发送功率。
在步骤215中,BTS将当前正在使用之中的发送功率Pused和呼叫i所需的发送功率Pi之和与适合于BTS的最大发送功率,即,最佳发送功率Popt相比较(Pused+Pi<Popt)。最佳发送功率Popt是BTS为了可靠地提供服务而可以指定的最大发送功率。因此,如果指定了大于最佳发送功率Popt的发送功率,QoS就可能下降了。如果Pused+Pi≥Popt,那么,BTS在步骤217中告诉BSC不能接入呼叫。
相反,如果Pused+Pi<Popt,那么,BTS在步骤219中确定可以接入呼叫,并且把发送功率分配给该呼叫。然后,BTS在步骤221中处理呼叫,并且终止该过程。
如上所述,只有当当前正在使用之中的发送功率和呼叫所需的发送之和小于最佳发送功率时,BTS才接入呼叫。但是,这种呼叫接入算法适宜于主要提供语音服务的传统移动通信***,但是,在诸如IMT-2000***之类,提供各种各样服务的移动通信***中存在局限性。例如,由于IMT-2000通信***以最佳效果为基础提供数据服务,也就是说,以最大可用数据速率发送数据,因此,在呼叫接入时,它把当前最大可用数据速率分配给数据服务,从而提高***服务质量。如果把呼叫接入那一时刻的全部可用发送功率都分配给数据服务,就不能接入后面的呼叫,并且把后面的呼叫分配相对低的发送功率。不公平的功率指定导致高呼叫阻塞率。与上面呼叫接入算法相比,已经提出了为后面的呼叫匀出预定发送功率量的呼叫接入算法。这种呼叫接入算法使资源使用率减少了匀出的发送功率那么多,并且,当同时生成许多呼叫请求时,引起与图2的呼叫接入算法相同的问题。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种在移动通信***中,根据呼叫的QoS类别接入呼叫的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种在移动通信***中,使发送功率资源的使用率达到最大的呼叫接入设备和方法。
本发明的再一个目的是提供一种在移动通信***中,在考虑了当前正在服务中的呼叫的最小比率之后接入呼叫的设备和方法。
为了实现上面和其它目的,根据本发明的一个方面,在移动通信***中保证QoS的呼叫接入设备中,呼叫状态信息收集器收集有关处于服务之中的呼叫的呼叫状态信息。一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,呼叫接入控制器就从呼叫状态信息中检测保持处于服务之中的每个呼叫的QoS所需的最小发送功率,和只有当处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
根据本发明的另一个方面,在移动通信***中保证QoS的呼叫接入方法中,一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就检测保持处于服务之中的每个呼叫的QoS所需的最小发送功率。只有当处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
根据本发明的再一个方面,在移动通信***中保证QoS的呼叫接入方法中,一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就检测分配给处于服务之中的呼叫的第一发送功率。通过从作处于服务之中的呼叫的当前比率之和的第一值中减去作为保持处于服务之中的呼叫的QoS所需的最小比率之和的第二值,计算出第三值。通过将第三值与作为移动通信***的带宽的第四值相乘,计算出第五值。通过从第一发送功率中减去第五值,计算出第六值。只有当作为第六值和保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和的第七值小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
附图说明
通过结合附图,进行如下详细描述,本发明的上面和其它目的、特征和优点将更加清楚,在附图中:
图1是一典型移动通信***的示意图;
图2是显示该典型移动通信***中的呼叫接入方法的流程图;
图3是根据本发明的呼叫接入设备的方块图;
图4是显示根据本发明的呼叫接入方法的一个实施例的流程图;
图5是显示根据本发明的呼叫接入方法的另一个实施例的流程图;
图6是显示传统呼叫接入方法中的呼叫成功率和本发明的呼叫接入方法中的呼叫成功率的图形;和
图7是显示传统呼叫接入方法中和本发明的呼叫接入方法中,最大可接受路径损耗与最小发送功率Pmin与最佳发送功率Popt之比之间的关系的图形。
具体实施方式
下文参照附图描述本发明的优选实施例。在如下的描述中,对那些众所周知的功能或结构将不作详细描述,否则的话,本发明的重点将不突出。
图3是根据本发明的呼叫接入设备的方块图。参照图3,通过用于设置RAB的RAB指定请求消息,BSC向BTS请求呼叫的接入。呼叫请求消息处理器311从RAB指定请求消息中提取有关呼叫特征的信息。呼叫特征信息可以是包括服务类别(即QoS类别)、最大比率、保证比率、BER和初始发送功率的业务(traffic)参数。
呼叫接入控制器313根据呼叫特征信息,确定是否接入呼叫。在如后所述的确定中考虑相应小区(cel1)的状态。BTS可以含有一个或多个小区。
在每个预定间隔中,或一旦发生特定事件,呼叫状态信息收集器319就根据来自更高层的命令,把呼叫状态信息请求发送到每个小区。呼叫状态信息以后再加以描述。如果接收到来自小区的呼叫状态信息,呼叫状态信息收集器319就把它提供给呼叫状态信息数据库317。呼叫状态信息数据库317为每个小区建立呼叫状态信息当中的数据库。不用说,如果BTS含有一个小区,那么,建立单个数据库。为了决定是否接入呼叫,呼叫接入控制器313从数据库的呼叫状态信息数据库317中搜索将与呼叫连接的小区。呼叫接入控制器31根据小区的呼叫状态信息,确定是否接入呼叫。
图4是显示根据本发明的呼叫接入方法的一个实施例的流程图。参照图4,一旦在步骤S411中接收到呼叫请求,BTS就转到步骤413。当生成新的呼叫、移交呼叫或数据速率调整的呼叫时,发出呼叫请求。呼叫请求采取RAB指定请求消息的形式,将RAB指定请求消息从BSC发送到BTD,以便设置RAB。在步骤413中,BTS检测RAB指定请求消息中的业务参数。业务参数包括服务类别(即,QoS类别)、最小比率、保证比率、BER(位差错率)和初始发送功率。根据本发明,利用最小比率来计算最小发送功率,以确定是否接入呼叫。最小发送功率随路径损耗、所需的Eb/No和BER而改变。虽然有许多种方法可以计算最小发送功率,但是,在本发明中利用最小比率和BER确定它。
许多个呼叫状态信息参数用于BTS控制处于服务之中的呼叫的发送功率。将它们列在下表1中。
(表1)
    参数            含义
    Pused 当前正在使用的发送功率,发送载波功率
    Popt 最佳发送功率
    R 当前正在处于服务之中的呼叫的比率之和
    Rmin 当前正在处于服务之中的呼叫的最小比率之和
    Pmin,i 在最小比率下新呼叫i所需的发送功率
    Poverhead 分配给额外开销信息的功率
    ρi 信道i所需的Eb/No
    ri 信道i的数据率(rmin,i是信道i的最小比率)
    Nt 热噪声
    Li 信道i的路径损耗
    W 带宽,3.384MHz
    vi 呼叫i的活度(activity)
参照表1,Pused是BTS使用的总发送功率,即,最后发送的载波功率。Popt是不影响QoS的最大可用发送功率,即,最佳发送功率。R是当前正在处于服务之中的呼叫的比率之和,和Rmin是呼叫的最小比率之和。Pmin,i是在它的最小比率下分配给信道i的发送功率。Poverhead是分配给额外开销信道的发送功率。ρi是信道i所需的Eb/No。ri是信道i的比率和rmin,i是信道i的最小比率。Nt是热噪声,Li是信道i的路径损耗,和W是带宽,例如,3.84MHz,和vi是信道i的活度。
当确定接入新的呼叫时,BTS考虑上述呼叫状态信息,以便防止处于服务之中的其它呼叫的QoS变差。否则,额外开销对BTS施加影响,造成的功率短缺对处于服务之中的其它呼叫造成负面影响,使它们的QoS变差。
在步骤415中,BTS将最小发送功率Pmin和在它的最小比率下为呼叫i服务所需的发送功率之和与最佳发送功率Popt相比较。也就是说,
                          Pmin+Pmin,i<Popt
                                                     ...(1)其中,Pmin是在保持它们的QoS的、它们的最小比率下为所有正在进行之中的呼叫服务所需的总发送功率。
如果Pmin+Pmin,i≥Popt,那么BTS在步骤417中告诉BSC不能接入呼叫,并且,终止呼叫接入过程。
相反,如果Pmin+Pmin,i<Popt,那么,BTS在步骤419中确定可以接入呼叫,并且把发送功率分配给该呼叫。然后,BTS在步骤421中处理呼叫,并且终止呼叫接入过程。
但是,在实际无线电信道环境下,难以检测最小发送功率Pmin。理由是,尽管一旦生成初始呼叫请求,通过诸如开环功率控制之类的初始功率控制,可以检测精确的最小发送功率Pmin,但是,后面呼叫的最小发送功率Pmin随涉及传播损耗、干扰和MS的移动的无线电信道环境而改变。根据本发明,计算最小发送功率Pmin如下。
首先,通过下式计算呼叫i所需的Eb/No ρi ρ i = W v i L i r i · P i I s , i + I o , i + N t - - - ( 2 )
其中,W是带宽,在本发明中是3.84MHz,vi是呼叫i的活度,Li是呼叫i的路径损耗,ri是呼叫i的比率,Pi是呼叫i的发送功率,Is,i是来自MS所需的小区的、在已经生成呼叫i的MS上接收的干扰信号的强度,Io,i是来自相邻小区的、在MS上接收的干扰信号的强度,和Nt是热噪声。
关于呼叫i的发送功率Pi,把方程(2)表达成: P i = ρ i v i L i r i W ( I s , i + I o , i + N t ) - - - ( 3 )
利用方程(3),通过下式确定确定最小发送功率Pmin P min = P overhead + Σ j ∈ S P j , min = P overhead + Σ j ∈ S ρ i v j L j r j , min W ( I s , j + I o , j + N t ) P overhead + Σ j ∈ S ρ i v j L j r j , min i W ( I s , j + I o , j + N t ) - Σ j ∈ S ρ i v j L j ( r j - r j , min ) W ( I s , j + I o , j + N t ) = P used - Σ j ∈ S ρ i v j L j ( r j - r j , min ) W ( I s , j + I o , j + N t ) - - - ( 4 )
方程(4)是从下式导出的: P used = P overhead + Σ j ∈ S ρ j v j L j r j W ( I s , j + I o , j + N t ) - - - ( 5 )
其中,Poverhead是诸如导频信道之类的额外开销信道的发送功率,和S是相应区内处于服务之中的一组呼叫。因此,同一小区内干扰信号Is,j的强度被表达成: I s , j = 1 - τ L i ( P used - P i ) = 1 - τ L i δ j P used - - - ( 6 )
其中,τ代表信道化代码的正交性,和 &delta; j = 1 - P j P used . 在路径损耗小得可忽略不计的假设下,可以忽略不计来自与MS所处的小区相邻的小区的干扰信号I。和热噪声Nt。因此,如果用上述参数代表最小发送功率Pmin,那么,方程(1)被表达成: P min + P min , i < P used - k ( R - R min ) W P used + P i , min < P opt - - - ( 7 ) 其中,k=(1-τ)ρvδ。BTS可以每隔预定间隔,或在必要时测量发送的载波功率Pused,并且,每当接入呼叫时,改变比率R和Rmin。在这种意义上,方程(7)比方程(1)更简单。
接着,参照图5,描述利用方程(7)确定是否接入呼叫i的过程。
图5是显示根据本发明的呼叫接入方法的另一个实施例的流程图。步骤511和513与步骤517到521以与图4所示的步骤411和413与步骤417到421相同的方式进行。因此,这里不提供它们的详细描述。虽然在图4的步骤415中,BTS将最小发送功率Pmin和在它的最小比率下为呼叫i服务所需的发送功率之和与最佳发送功率Popt相比较,但是,在图5的过程中,利用方程(7)确定是否接入呼叫i。
也就是说,在步骤S515中,BTS将 P used - k ( R - R min ) W P used + P i , min 与Popt相比较(即, P used - k ( R - R min ) W P used + P i , min < P opt )。如果 P used - k ( R - R min ) W P used + P i , min &GreaterEqual; P opt , 那么,BTS在步骤517中告诉BSC不能接入呼叫,并且终止呼叫接入过程。
相反,如果 P used - k ( R - R min ) W P used + P i , min < P opt , 那么,BTS确定可以接入呼叫,并且在步骤519中把发送功率分配给呼叫。然后,BTS在步骤521中处理呼叫,并且终止呼叫接入过程。
如上所述,由于BTS根据在它们的最小比率下为所有正在进行的呼叫服务所需的最小发送功率Pmin,确定是否接入呼叫,因此,即使接入了最佳效果型呼叫和把所有可用资源都分配给该呼叫,也可以接入后面的呼叫。结果,就呼叫成功率而言,服务的公平性提高了,并且还提高了请求接入的呼叫的呼叫成功率。根据本发明的呼叫接入方法中的呼叫成功率和在传统呼叫接入方法中的那些呼叫成功率将参照图6加以描述。
图6是显示传统呼叫接入方法中的呼叫成功率和本发明的呼叫接入方法中的呼叫成功率的图形。
参照图6,曲线611表示根据图2所示的传统呼叫接入方法,处于服务之中的平均数据呼叫个数与平均语音呼叫个数之间的关系。曲线613表示根据图4所示的呼叫接入方法,处于服务之中的平均数据呼叫个数与平均语音呼叫个数之间的关系。曲线615表示根据图5所示的呼叫接入方法,处于服务之中的平均数据呼叫个数与平均语音呼叫个数之间的关系。这里,在得出曲线615的呼叫接入方法中,图5的步骤515的常数k是0.75。
从图6可以看出,随着数据呼叫个数增加,在图2所示的传统呼叫接入方法中,声音呼叫的阻塞率也增加。当采用图4所示的呼叫接入方法时,可以为大多数数据和语音呼叫服务。在图5所示的呼叫接入方法中,可以服务的数据呼叫和语音呼叫的个数接近在图4所示的呼叫接入方法中的那些数据呼叫和语音呼叫的个数。由于在本发明中,根据最小发送功率Pmin确定呼叫接入,因此,即使基于最佳效果的数据呼叫占用了许多资源,小区容量也不会降低很多。
下面参照图7描述随最佳发送功率Popt和最小发送功率Pmin而改变的最大可接受路径损耗。
图7是显示传统呼叫接入方法中和本发明的呼叫接入方法中,最大可接受路径损耗与最小发送功率Pmin与最佳发送功率Popt之比之间的关系的图形。
参照图7,曲线711表示在图2所示的传统呼叫接入方法中,最大可接受路径损耗与最小发送功率Pmin与最佳发送功率Popt之比之间的关系。曲线713表示在图4所示的呼叫接入方法中,最大可接受路径损耗与最小发送功率Pmin与最佳发送功率Popt之比之间的关系。曲线715表示在图5所示的呼叫接入方法中,最大可接受路径损耗与最小发送功率Pmin与最佳发送功率Popt之比之间的关系。这里,在得出曲线715的呼叫接入方法中,图5的步骤515的常数k是0.75。
从图7中可以看出,当在传统呼叫接入方法中接入呼叫时,即使最小发送功率Pmin远小于最佳发送功率Popt,已经为基于最佳效果的数据呼叫消耗掉太多的发送功率,从而使最大可接受路径损耗迅速下降。另一方面,当在本发明的呼叫接入方法中接入呼叫时,即使最小发送功率Pmin达到最佳发送功率Popt,最大可接受路径损耗也保持不变。
如上所述,本发明通过在考虑了处于服务之中的呼叫的最小发送功率,确定是否接入呼叫,有益于***功率资源的有效分配和对请求接入的呼叫的公平功率分配。另外,当确定是否接入呼叫时,进一步考虑处于服务之中的呼叫的QoS类别。结果,提高了***服务质量。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例,已经对本发明进行了图示和描述,但本领域的普通技术人员应该明白,可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种在移动通信***中保证服务质量(QoS)的呼叫接入设备,包括:
呼叫状态信息收集器,用于收集有关处于服务之中的呼叫的呼叫状态信息;
呼叫接入控制器,用于一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就从呼叫状态信息中检测保持处于服务之中的每个呼叫的QoS所需的最小发送功率,和只有当处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
2.根据权利要求1所述的呼叫接入设备,其中,最小发送功率是在与呼叫的QoS相对应的最小比率下,呼叫服务所需的发送功率。
3.根据权利要求1所述的呼叫接入设备,其中,最佳发送功率是适合于移动通信***的最佳发送功率。
4.根据权利要求1所述的呼叫接入设备,其中,如果处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与新呼叫的最小发送功率之和等于或大于最佳发送功率,那么,呼叫接入控制器拒绝新呼叫。
5.一种在移动通信***中保证服务质量(QoS)的呼叫接入方法,包括如下步骤:
一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就检测保持处于服务之中的每个呼叫的QoS所需的最小发送功率;和
只有当处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
6.根据权利要求5所述的呼叫接入方法,其中,最小发送功率是在与呼叫的QoS相对应的最小比率下,呼叫服务所需的发送功率。
7.根据权利要求5所述的呼叫接入方法,其中,最佳发送功率是适合于移动通信***的最佳发送功率。
8.根据权利要求5所述的呼叫接入方法,还包括如下步骤:
如果处于服务之中的呼叫的总最小发送功率与新呼叫的最小发送功率之和等于或大于最佳发送功率,那么,拒绝新呼叫。
9.一种在移动通信***中保证服务质量(QoS)的呼叫接入方法,包括如下步骤:
一旦感测到有关新呼叫的呼叫接入请求,就检测分配给处于服务之中的呼叫的第一发送功率;
通过从作处于服务之中的呼叫的当前比率之和的第一值中减去作为保持处于服务之中的呼叫的QoS所需的最小比率之和的第二值,计算出第三值;
通过将第三值与作为移动通信***的带宽的第四值相乘,计算出第五值;
通过从第一发送功率中减去第五值,计算出第六值;和
只有当作为第六值和保持新呼叫的QoS所需的最小发送功率之和的第七值小于预定最佳发送功率时,才接入新呼叫。
10.根据权利要求9所述的呼叫接入方法,其中,最小发送功率是在与呼叫的QoS相对应的最小比率下,呼叫服务所需的发送功率。
11.根据权利要求9所述的呼叫接入方法,其中,最佳发送功率是适合于移动通信***的最佳发送功率。
12.根据权利要求9所述的呼叫接入方法,还包括如下步骤:
如果第七值等于或大于最佳发送功率,那么,拒绝新呼叫。
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